Screening bacterial isolates: Psychrobacter sp. metabolite for wastewater treatment

अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र सार्वजनिक स्वास्थ्य के अनसुने रक्षक हैं, जो उस पानी को छानते हैं जिसका हम उपयोग करते हैं ताकि वह सुरक्षित रूप से पर्यावरण में वापस जा सके। हालाँकि, यह प्रक्रिया अपने पीछे एक गाढ़ा, गीला अवशेष छोड़ देती है जिसे सीवेज स्लज (मल कीचड़) कहा जाता है। इस स्लज का प्रबंधन करना उपचार संयंत्र चलाने के सबसे महंगे और कठिन हिस्सों में से एक है। इसे निपटान या पुन: उपयोग के लिए भेजने से पहले, स्लज के भीतर फंसी पानी को बाहर निकालना आवश्यक होता है, जिसे निर्जलीकरण (डीवॉटरिंग) कहा जाता है। वर्तमान में, इंजीनियर अक्सर सूक्ष्म कणों को आपस में गुच्छे बनाने में मदद करने के लिए सिंथेटिक रसायनों पर निर्भर रहते हैं ताकि पानी निकल सके। हालांकि यह प्रभावी है, लेकिन ये मानव निर्मित पदार्थ जहरीले अवशेष और भारी धातुएं छोड़ सकते हैं, जिससे एक पुरानी समस्या को हल करने के प्रयास में एक नई पर्यावरणीय समस्या पैदा हो जाती है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से एक स्वच्छ विकल्प की तलाश की है: एक ऐसा पदार्थ जो जीवित चीजों द्वारा उत्पादित हो और जो गैर-विषाक्त और बायोडिग्रेडेबल हो। इस खोज ने शोधकर्ताओं को सूक्ष्म दुनिया के बैक्टीरिया की ओर मुड़ने के लिए प्रेरित किया है, इस उम्मीद में कि उन्हें एक प्राकृतिक एजेंट मिल सके जो हानिकारक दुष्प्रभावों के बिना वही काम कर सके जो कठोर रसायन करते हैं।

हाल ही के एक अध्ययन में, ब्राजील के शोधकर्ताओं ने इन सूक्ष्म श्रमिकों के लिए एक अद्वितीय स्रोत की ओर अपना ध्यान आकर्षित किया: सौर पैनलों की सतहें। सौर पैनल अक्सर कठोर परिस्थितियों के संपर्क में रहते हैं, जैसे कि तीव्र धूप और तापमान में बड़े उतार-चढ़ाव, जो इन पैनलों पर रहने वाले बैक्टीरिया को मजबूत उत्तरजीविता रणनीतियाँ विकसित करने के लिए मजबूर करते हैं। टीम ने इन पैनलों से चार अलग-अलग प्रकार के बैक्टीरिया एकत्र किए और एक प्राकृतिक फ्लोकुलेंट (गुच्छे बनाने वाला पदार्थ) बनाने की उनकी क्षमता का परीक्षण किया, जो निलंबित कणों को आपस में चिपकाने और बैठने में मदद करता है। उन्होंने प्रयोगशाला सेटिंग में बैक्टीरिया को उगाया और देखा कि उनके द्वारा उत्पादित तरल ने मिट्टी और पानी के धुंधले मिश्रण को कितनी अच्छी तरह साफ किया। हालांकि चारों बैक्टीरियल स्ट्रेन ने कणों को गुच्छे बनाने की कुछ क्षमता दिखाई, लेकिन एक विशेष रूप से अलग रहा। Psychrobacter sp. नामक एक बैक्टीरिया ने एक मेटाबोलाइट का उत्पादन किया जो न केवल अत्यधिक प्रभावी था बल्कि समय के साथ उल्लेखनीय रूप से स्थिर भी था, जिसने अन्य स्ट्रेन के कमजोर होने के बहुत बाद तक अपना प्रदर्शन बनाए रखा।

शोधकर्ताओं ने इस विजेता स्ट्रेन से अधिकतम लाभ उठाने के लिए पूरी तरह से उस पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने पानी की अम्लता (pH), तापमान और मिश्रण में जोड़े गए बैक्टीरिया की मात्रा जैसे विभिन्न स्थितियों का परीक्षण किया। आश्चर्यजनक रूप से, बैक्टीरिया बहुत सख्त साबित हुए; फ्लोकुलेंट बनाने की उनकी क्षमता इन विशिष्ट स्थितियों पर बहुत अधिक निर्भर नहीं थी, जिससे पता चलता है कि यह जीव स्वाभाविक रूप से लचीला है। हालांकि, अपने डेटा के रुझानों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण करके, टीम ने उत्पादन को अधिकतम करने के लिए अनुकूल स्थितियों की पहचान की: एक अत्यधिक क्षारीय वातावरण, मध्यम तापमान और बैक्टीरियल स्टार्टर की एक विशिष्ट मात्रा। इन अनुकूलित सेटिंग्स के तहत, वे एक महत्वपूर्ण मात्रा में सूखा पदार्थ प्राप्त करने में सक्षम रहे, जिससे उत्पादित तरल के प्रत्येक लीटर के लिए लगभग तीन ग्राम सामग्री प्राप्त हुई।

यह समझने के लिए कि यह प्राकृतिक पदार्थ कैसे काम करता है, टीम ने इसे रासायनिक रूप से विभाजित किया। उन्होंने पाया कि यह एक जटिल मिश्रण था, जो मुख्य रूप से कार्बोहाइड्रेट से बना था, जिसके बाद लिपिड और प्रोटीन का स्थान था। जब उन्होंने सूक्ष्मदर्शी के नीचे इस पदार्थ का परीक्षण किया, तो यह अनियमित, दानेदार कणों के रूप में दिखाई दिया जो छोटे कणों से लेकर बड़े गुच्छों तक फैले थे। इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग करके किए गए आगे के विश्लेषण ने हाइड्रोक्सिल और कार्बोक्सिल समूहों जैसे विशिष्ट रासायनिक समूहों की उपस्थिति का खुलासा किया, जो छोटे हुक की तरह कार्य करते हैं जो कणों को पकड़ते हैं और उन्हें एक साथ रखते हैं। यही रासायनिक संरचना उस पदार्थ को वह क्षमता प्रदान करती है जिससे वह उन विद्युत आवेशों (इलेक्ट्रिकल चार्जेस) को बेअसर कर सके जो आमतौर पर स्लज के कणों को अलग रखते हैं, जिससे वे आपस में जुड़कर गुच्छे बना सकें और नीचे बैठ सकें।

असली परीक्षा तब आई जब शोधकर्ताओं ने इस बैक्टीरियल उत्पाद को एक नगरपालिका उपचार संयंत्र से प्राप्त वास्तविक सीवेज स्लज पर लागू किया। उन्होंने एरोबिक स्लज (जो उन टैंकों से आता है जहाँ हवा पंप की जाती है) और एनारोबिक स्लज (जो ऑक्सीजन के बिना टैंकों से आता है) दोनों का उपचार किया। एरोबिक स्लज में, बैक्टीरियल उत्पाद ने असाधारण रूप से अच्छा प्रदर्शन किया, लगभग 94 प्रतिशत की दक्षता के साथ पानी को साफ किया। यह परिणाम उद्योग में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले एक प्रमुख वाणिज्यिक रासायनिक पॉलीमर के लगभग समान था। एनारोबिक स्लज में, जो अधिक गाढ़ा और उपचार के लिए अधिक कठिन होता है, प्राकृतिक उत्पाद कम प्रभावी रहा, जिसने लगभग 72 प्रतिशत दक्षता हासिल की, लेकिन फिर भी इसने महत्वपूर्ण संभावना दिखाई। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि जबकि रासायनिक पॉलीमर बड़े, सख्त गुच्छे बनाता है, वहीं बैक्टीरियल उत्पाद छोटे और तेजी से बैठने वाले समुच्चय (एग्रीगेट्स) बनाता है।

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि सौर पैनलों पर रहने वाले बैक्टीरिया अपशिष्ट जल को साफ करने के लिए पर्यावरण के अनुकूल उपकरणों का एक समृद्ध स्रोत हो सकते हैं। इस कार्य में पहचाना गया Psychrobacter स्ट्रेन एक व्यवहार्य, गैर-विषाक्त विकल्प प्रदान करता है, जो औद्योगिक मानकों के बराबर प्रदर्शन के साथ स्लज डीवॉटरिंग के भारी कार्यों को संभालने में सक्षम है। हालांकि यह प्रक्रिया अभी तक हर स्थिति के लिए, विशेष रूप से सबसे चुनौतीपूर्ण प्रकार के स्लज के लिए पूर्ण प्रतिस्थापन नहीं है, लेकिन ये निष्कर्ष एक स्पष्ट मार्ग खोलते हैं। इन बैक्टीरिया को उगाने के तरीके को और अधिक परिष्कृत करके और यह समझकर कि उनके प्राकृतिक उत्पाद स्लज के साथ वास्तव में कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, वैज्ञानिक जल्द ही एक स्थायी समाधान पा सकते हैं जो बिना किसी जहरीले निशान छोड़े हमारे पानी को साफ रख सके।